一种油气井夹层传爆用高温增压装置技术领域
本发明属于油气井射孔技术领域，主要涉及一种油气井(TCP)油管传输射孔夹层
传爆技术，尤其涉及一种油气井夹层传爆用高温增压装置。
背景技术
在石油工业中，油井射孔作业是一项重要的工序，是将射孔枪下放到井下目的层，
利用起爆装置引爆，引爆后聚能射孔弹将射孔枪、套管和水泥层穿出孔道，使地层与油井相
通，达到地层油气能顺利流入油井目的。
多级射孔工艺指在下一次管串的情况下，一次性射开多个油气层的射孔工艺技
术，可以减少射孔次数，节约作业时间和成本。常规的油气井(TCP)油管传输射孔作业方式
是采用加夹层枪射孔工艺、多个压力点火头分级射孔工艺、多级投棒射孔工艺、多级射孔增
压装置四种。例如，中国专利申请号“200810228974.X”公开了一种分段式油管传输复合射
孔工艺，其申请日为2008年H月24日，公开日为2009年5月20日，此种射孔工艺采用多级起爆
的方式，上部第一级的点火方式与正常点火方式一样，可以采用油管加压点火、投棒点火或
油套加压点火等方式，下部各个次级可以采用压力点火、压力延迟点火或投棒点火等方式，
其射孔管串连接关系如下:上部射孔器的底部连接具有双重功能的下挂接头，接头中心连
接具有延迟点火功能的中速火药药柱，外边采用泄压足够快的筛管，筛管下部连接夹层射
孔器或油管，再下部是正常射孔管串。再如，中国专利号“200420003373.6”公开了一种用于
石油射孔作业的多个层位逐级依次射孔装置，其申请日为2004年2月6日，授权公告日为
2005年3月2日，包括环空加压器、起爆器、射孔器、传压枪尾、封隔器、夹层油管，置于套管内
的油管内置有环空加压器，油管上设有封隔器，油管上依次套接有起爆器、射孔器、传压枪
尾，在该装置的底部装有枪尾。再如，中国专利号“97208455.X”公开了一种石油射孔技术领
域的油气井用多层起爆装置，其申请日为1997年1月30日，授权公告日为1998年10月7日，它
由本体、火工丢手座、投棒和各式密封圈四个部分组成，火工丢手座与本体之间通过螺纹连
接起来。又如，中国专利申请号“201010561286.2”公布了一种多级射孔增压方法，其申请日
为2010年11月26日，将增压装置连接在上一级射孔枪枪尾，上一级射孔枪起爆后，射孔枪将
爆轰波传递至增压装置，引爆增压装置的隔板点火器，隔板点火器引燃增压火药机构，增压
火药机构产生高压气体推动增压活塞运动剪断增压装置的剪切销，使增压活塞平稳运动，
推动活塞挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力起爆装置的剪切
销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。又如，中国专利申请号
“201010561285.8”公布了一种多级射孔增压装置，其申请日为2010年11月26日，该装置包
括动力壳体和位于动力壳体下部的增压壳体，动力壳体内设置有动力腔，增压壳体内设置
有增压腔，动力腔与增压腔连通，所述动力腔内设置有隔板点火器和位于隔板点火器下部
的增压火药机构，所述增压腔设置有由动力腔产生的动力带动的增压活塞，增压活塞通过
推杆连接有活塞，活塞通过剪切销固定在中间接头上。该装置通过火药在增压腔内燃烧产
生的压力，再作用于增压活塞上，使增压活塞平稳运动，在夹层油管内产生压力增量，可靠
引爆下一级压力起爆装置及下一级射孔枪。
加夹层枪射孔工艺存在的主要问题在于:对大段距、多层段射孔，夹层枪多，作业
工作量大，作业强度大，成本高，且传爆环节多，可靠性低。多个压力点火头分级射孔工艺存
在的问题主要在于:需从套管加压射孔，对已射孔的老井补孔时，地层与套管已经沟通，无
法满井筒加压进行负压射孔，且加压时压井液进入地层，可能污染地层。多级投棒射孔工艺
存在的主要问题在于:投放棒依靠重力撞击起爆下一级射孔枪，不适用于大斜度斜井、水平
井射孔作业；常规的投棒起爆作业未起爆时，为避免误射孔，必须捞棒后才能上提管柱，但
多级投棒起爆装置不能进行捞棒作业；多级投棒射孔工艺在二级以上的投放棒有自毁装
置，但施工时自毁装置仍存在不起爆风险，工程事故处理施工时间较长，可靠性、安全性较
差。已公布的多级射孔增压方法和多级射孔增压装置，存在以下问题：1.结构复杂笨重，体
积过大，不利于现场操作；2.活塞行程受结构影响，限制了装置的输出能力；3.该装置虽然
设计有流通槽与流通孔，但由于布局不合理，无法实现夹层油管自动灌水和排气功能，影响
压力传递效果。4.没有设计排液通道，施工完成后，在井口拆卸油管过程中，井液会随油管
带至地面，造成施工不便。5、耐温级别低，最多耐高温160°。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有石油工业中多级射孔存在的上述问题，同时，
避免现有技术的不足之处，提供一种油气井夹层传爆用高温增压装置，解决大斜度井及水
平井多层段、大段距射孔的传爆问题，简化施工工艺，提高长夹层段施工的可靠性，消除事
故隐患，满足油田对射孔器材安全性、可靠性、经济环保性的要求。
本发明的技术方案是：一种油气井夹层传爆用高温增压装置，包括接头1、本体4、
隔板点火器2、药盒18、泄压阀5、活塞组件6、第Ⅰ接箍7、第Ⅱ接箍8和第Ⅲ接箍9；接头1、本体
4和第Ⅰ接箍7依次连接，且接头1和本体4之间通过密封结构进行密封；第Ⅰ接箍7和第Ⅱ接箍
8之间、第Ⅱ接箍8和第Ⅲ接箍9之间连有夹层油管；接头1为空腔柱状体，隔板点火器2位于
接头1空腔内；本体4为空腔柱状体，内部为阶梯状；药盒18和活塞组件6位于阶梯状空腔内，
且二者之间的空腔形成燃烧室；药盒18内装有复合火药或固体推进剂，底部开有若干通孔；
第Ⅰ接箍7和第Ⅲ接箍9侧壁上均开有通孔；当上一级射孔枪起爆后，爆轰波传递至接头1，从
而引爆隔板点火器2中的发射药，发射药产生的高压气体使得剪切销21剪断，活塞杆19带动
挡套22和助推盘23轴向运动，挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压
力类起爆装置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。
本发明的进一步技术方案是：所述活塞组件6包括活塞杆19、活塞套20、剪切销21、
挡套22、助推盘23和堵套24；活塞套20与活塞杆19间隙配合并通过剪切销21固定，助推盘23
与堵套间隙配合，并通过剪切销21固定；助推盘23与活塞杆19连接，且助推盘23外径小于连
接油管的内径，大于第Ⅱ接箍8最小阶梯空腔的直径，使得助推盘23随活塞杆19轴向运动
时，限位在第Ⅱ接箍8中。
本发明的进一步技术方案是：所述隔板点火器14包括药管11和隔板14；药管11和
隔板14螺纹连接，隔板14轴向设有不贯通的两个凹槽，靠近药管11的凹槽内装有起爆药和
点火药，远离药管11的凹槽内装有炸药，药管11内装有松装药和点火药柱。
本发明的进一步技术方案是：所述远离药管11的凹槽内所装炸药为六硝基芪炸
药。
本发明的进一步技术方案是：所述靠近药管11的凹槽内所装起爆药为羧甲基纤维
素叠氮化铅，点火药为锆系点火药。
本发明的进一步技术方案是：所述本体4侧壁上设有泄压阀5，泄压阀5位于燃烧室
位置处。
本发明的进一步技术方案是：所述第Ⅰ接箍7母扣端与本体4通过管螺纹连接，第Ⅰ
接箍7公扣端与油管通过管螺纹连接。
本发明的进一步技术方案是：所述第Ⅱ接箍8母扣端与油管通过管螺纹连接，第Ⅱ
接箍8公扣端与油管接箍通过管螺纹连接。
本发明的进一步技术方案是：所述第III接箍一端与油管通过管螺纹连接，另一端
与下一级压力起爆装置通过管螺纹连接。
本发明的进一步技术方案是：所述复合火药或固体推进剂耐温指标为180℃/48h。
发明效果
本发明的技术效果在于：
由于采用快燃速主装(高温)药17设计，主装(高温)药17在装置内燃烧作用时间不
大于2s，可实现在管串在下井施工过程中，排除夹层油管内的残余空气，提高装置的传压效
率。
由于采用了堵套24设计，堵套24直径大于第I接箍最小阶梯孔内径，在燃烧室内高
压气体推力作用下，活塞杆19与助推盘23连同堵套24一起运动至第I接箍7最小阶梯孔台阶
位置，堵套24遇阻后与活塞杆19、助推盘23分离，并封堵第I接箍7侧壁的排液孔，提高装置
传压效率。
由于采用了助推盘23设计，助推盘23直径略小于夹层油管内径，通过增大推盘直
径，可减小液体回流带来的能量损失，提升活塞组件6的传压效率。
由于采用第Ⅱ接箍8设计，可实现阻挡活塞组件6，防止活塞组件6在夹层油管中长
距离运动遇阻卡住。
由于采用了第III接箍9设计，接箍侧壁设有与橡胶堵螺纹连接的直径为6mm的螺
纹孔，可根据井筒液体干净程度以及液垫高度选择灌液方式，人工灌液需旋上橡胶堵实施
井口灌液，自动灌液需旋下橡胶堵，可实现管串在下井施工过程中，自动向夹层油管中灌入
井液，同时，可实现增压装置作用后，及时排出高压井液，以保护油管使用安全。
由于采用活塞组件6设计，可通过设置活塞组件6中的剪切销21数量，以调整活塞
组件6被推出的压力值，该压力值决定了装置能够传递至下一级压力起爆装置的压力值。设
置5～20个相同直径的剪切销21，剪切压力从15～60MPa不等，用以调节装置输出端的输出
压力；
由于采用快燃速的装主装药17设计，油气井夹层传爆用高温增压装置内火药燃烧
后产气峰值压力≤110MPa，在下一级压力起爆装置处(距装置100米夹层油管处)可产生压
力差≦60MPa，满足一定高压井况的使用要求。
由于采用泄压阀5设计，方便井口拆卸，可释放装置内因意外情况，如：固体推进剂
失效或剪切销数量设计有误，产生的气体压力未能推动活塞组件运动，即燃烧室憋有一定
的压力，可通过泄压阀实施地面泄压。
7本发明是一项可耐更高温度的夹层传爆装置，从其火工品各项装药及主装发射
药均选用耐高温装药，可在更深的井中使用，使用范围更广
8通过上级射孔枪传来的爆轰波作为产品的激发能源，使用方便。
9装置安装了一个可以根据施工情况调节输出压力的活塞装置，通过调节压力活
塞直径及调节压力活塞上的销钉数值，达到调节输出火药压力的效果，火药产生压力的利
用率较高，压力能够可控制的输出，对产品而言，也具有很好的安全性。
10装置结构中有一套可以让夹层内井液自动灌满的简易机构第Ⅰ接箍和第Ⅰ接箍，
并可在施工后，管柱上提到井口时，井液自动泄放到井筒内，降低了施工作业者的劳动强度
与工作量。
11有一套安全的地面压力释放机构，在本体上，设计有一个泄压阀，可在产品提出
后，释放由于意外原因存储在装置内的高压气体，提高了产品的安全性。
12火药作用时间短，压力传递快，能量利用率高，总体用药量少，因而降低了储存
与运输的危险性。
13采用油管和液体进行压力传递，减少了射孔夹层枪与传爆接头等爆破器材的使
用，提高了施工过程的可靠性，降低了施工成本，同时还降低了劳动量
附图说明
图1为本装置结构示意图
图2为本装置接头结构示意图
图3为本装置隔板点火器结构示意图
图4为本装置本体结构示意图
图5为本装置药盒结构示意图
图6为本装置活塞组件结构示意图
图7为本装置接箍结构示意图
图8为本装置限位接箍结构示意图
附图标记说明：1-接头；2-隔板点火器；4-本体；5-泄压阀；6-活塞组件；7-第Ⅰ接
箍；8-第Ⅱ接箍；9-第Ⅲ接箍；11-药管；12-松装药；13-点火药柱；14-隔板；15-起爆药和点
火药；16-炸药；17-复合火药或复合固体推进剂；18-药盒；19-活塞杆；20-活塞套；21-剪切
销；22-挡套；23-助推盘；24-堵套
具体实施方式
参见图1至图8，一种油气井夹层传爆用高温增压装置，包括如下工艺过程：将增压
装置连接在上一级射孔枪枪尾，增压装置中的小孔接箍连接在增压装置中的本体的输出
端，小孔接箍后连接一根2～10米夹层油管，再连接限位接箍，限位接箍后连接若干根夹层
油管，最后一根夹层油管末端连接增压装置中的大孔接箍，大孔接箍输出端与下一级的压
力起爆装置和射孔枪连接。当与增压装置连接的上一级射孔枪起爆后，射孔枪将爆轰波传
递至增压接头，引爆增压装置接头中的隔板点火器，隔板点火器引燃增压装置本体中的发
射药，发射药燃烧产生高压气体推动活塞组件运动并剪断增压本体中预设的剪切销，活塞
组件高速运动并挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力类起爆装
置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。本装置接头1、隔
板点火器2、药盒18、本体4、泄压阀5、活塞组件6、第Ⅰ接箍7、第Ⅱ接箍8、第Ⅲ接箍9；所述隔
板点火器2装于接头1中心孔内，即(轴线方向上的孔)中，输出端朝向本体4中药盒18；所述
隔板点火器2包括隔板14、药管11、松装药12、点火药柱13；所述隔板14与药管11通过螺纹连
接，在药管中心孔中依次装入松装药12、点火药柱13，并压实；所述输出装药15、输入装药16
分别装入隔板14两侧中心孔中，并压实；所述主装药组件3包括主装药17、药盒18；所述主装
药组件3装入本体4中心孔燃烧室空腔内，靠近接头1一侧，药盒18带泄压孔一侧朝向本体4
燃烧室空腔；所述泄压阀组件5装于本体4侧壁，且靠近燃烧室空腔末端；所述活塞组件6包
括活塞19、活塞套20、剪切销21、挡套22、助推盘23、堵套24；所述活塞组件6装于本体3一端，
靠近第I接箍7一侧，通过挡套22与本体4使用螺纹连接并固定，活塞19在本体3中可沿轴向
滑动；所述第I接箍7母扣端与本体4输出端通过管螺纹连接，第I接箍7公扣端与油管接箍通
过管螺纹连接，第II接箍8两端与油管通过管螺纹连接，
第Ⅲ接箍母扣端与油管通过管螺纹连接，第Ⅲ接箍公扣端与下一级压力起爆装置
通过管螺纹连接。所述隔板点火器2中所装松装药12与主装药17为同一药剂，形状为颗粒
状，体积为1mm3～3mm3，所述隔板点火器2中所装点火药柱13使用点火药压制成型，耐温指
标为180℃；所述隔板组件10中所装输出装药15使用起爆药与点火药共同组成，耐温指标为
180℃，所述隔板组件10中所装输入装药16使用炸药进行压制，耐温指标为180℃。所述药盒
18中所装主装药17为复合火药或复合固体推进剂，其主要成分为氧化剂(KCLO4)、可燃物
(端羟基聚丁二烯)、粘结剂，其在6.86MPa压强条件下，燃速为5～25mm/s，所述主装药组件3
中所使用药盒18为金属材质，在本实施例中采用铝材料制成，壁厚2mm～4mm，在底部留有数
个Φ5mm～Φ15mm圆形泄压孔。所述活塞组件6中活塞19为圆柱形，直径为Φ20mm～Φ45mm，
长度为30mm～150mm，根据输出压力要求及使用管串尺寸进行调整，所述活塞组件6中活塞
套20为圆环形，内径尺寸与活塞19直径间隙配合，侧面留有圆孔，孔径与剪切销25直径匹
配，数量为10～20个，均匀分布，所述活塞组件6中助推盘23为圆盘形，壁厚5mm～15mm，直径
为Φ30mm～Φ60m，根据所使用夹层油管内径进行调整，助推盘内径小于所使用的夹层油管
内径的尺寸选取助推盘23的直径，所述活塞组件6中剪切销21为金属材质，圆柱形，直径为
Φ2mm～Φ10mm，长度为5mm～10mm，根据输出压力要求及使用活塞19尺寸进行调整，通过设
计不同尺寸和材质的剪切销21及选择不同的使用数量，可调整活塞组件6被推出的压力值。
所述第Ⅰ接箍7侧面留有直径为Φ2mm小孔一个。所述第Ⅱ接箍8内径小于助推盘23直径4mm
～10mm。所述第Ⅲ接箍9侧面留有直径为Φ5mm～Φ10mm圆形孔。
本发明的技术方案是：一种油气井夹层传爆用高温增压装置，
其特征在于包括接头1、隔板点火具组件2、主装药组件3、本体4、泄压阀5、活塞组
件6、第I接箍7、第II接箍8、第III接箍9；
参见图1，本发明提供的一种油气井夹层传爆用高温增压装置，包括接头1、隔板点
火器2、本体3、火药组件4、活塞组件5、泄压阀组件6、第I接箍7、第II接箍8和第III接箍9组
成。
参见图2，接头1为空心阶梯圆柱体，两端外圆柱面设有密封槽和螺纹，分别与射孔
枪和本体1螺纹连接并采用密封圈密封，小孔端中心孔内装有一段一端恰有传爆管的导爆
索，以接受并传递上级射孔枪起爆的爆轰波能量，大孔端依次装入隔板点火器2和压帽，隔
板点火器2的隔板端和压帽的小直径端均朝向接头1小孔端，通过压帽与接头1螺纹连接实
现隔板点火器2的固定；
参见图3，隔板点火器2由隔板组件10与药管11螺纹连接组成，隔板14大、小孔分别
压制输入装药16和输出装药15，药管11中心孔装填松装药12并在其口部位置粘接点火药柱
13；
参见图4，本体3为空心阶梯圆柱体，一端设有梯形螺纹，另一端设有管螺纹，分别
与接头2和小孔接箍7螺纹连接，梯形螺纹端阶梯孔内置火药组件4，管螺纹端中心孔与套有
密封圈的活塞组件5实现密封配合，并通过螺纹连接固定，活塞组件6距火药组件4间本体3
空腔体积为火药组件4的燃烧室体积，燃烧室侧壁设有与泄压阀螺纹连接及密封相匹配的
螺纹孔和密封孔，并在垂直螺纹孔轴线方向设有直径为3.5mm的泄压孔，用以手动泄压；
参见图5，火药组件4由数个布有泄压孔的药盒18和置于药盒18内的主装药17组
成，药盒18泄压孔端面面朝燃烧室，药盒18外尺寸与本体3阶梯孔尺寸相匹配，通过阶梯孔
实现药盒18的固定；
参见图6，活塞组件6由活塞19、活塞套20、剪切销21、挡套22、助推盘23、堵套24和
密封圈组成，通过堵套24与本体3螺纹连接并固定，活塞19一端圆柱面设有密封槽并套有密
封圈，与本体3燃烧室一侧中心孔尺寸匹配实现密封配合，另一端端面设有螺纹孔，与助推
盘23螺纹连接，靠近助推盘23一端活塞19圆柱面设有销钉槽并套入活塞套20，销钉槽位置
安装剪切销21实现活塞套20固定，助推盘23为实心阶梯圆柱体，与堵套24销钉连接并固定，
堵套24外形与活塞套20相近，在其销钉槽临近位置设有两道密封槽并套有密封圈，密封面
尺寸与第I接箍7周向设有排气孔的阶梯孔尺寸相匹配，以削弱活塞组件6轴向滑行瞬间，第
I接箍7内液体经排气孔被挤出导致传递压力衰减的影响；
参见图7，第I接箍7和第III接箍9均为空心圆柱体，在其周向位置设有一小孔，分
别用以排气和进液，进液孔较排气孔稍大，且在进液孔位置设有螺纹，可根据井况条件不
同，选择管串下井前是否拆卸橡胶堵以达到夹层油管自动灌水或人工灌水目的，第I接箍7
母扣端与本体3输出端螺纹连接，公扣端与油管螺纹连接，第II接箍9一端与油管螺纹连接，
另一端与起爆装置及次级射孔枪螺纹连接；
参见图8，第II接箍8结构类似小孔接箍7(第I接箍7)，母扣端和公扣端均与油管螺
纹连接，最小阶梯孔尺寸小于助推盘外形尺寸，以阻挡助推盘冲入夹层油管内。
施工前，可根据夹层端井筒内液垫高度及液体干净程度选择夹层油管灌水方式，
以确保液体灌满整个夹层油管。当管串定位，初级起爆器起爆后，射孔枪将爆轰波传递至本
装置，通过复合点火具的能量转化点燃主装复合药，在本体燃烧室内瞬间产生高温、高压气
体，当压力达到一定值时，活塞与活塞套相连接的剪切销被剪断，本体下部活塞连同主推盘
及助推盘上的挡套一同被推出，夹层油管内液体会经第I接箍排气孔被挤出，当挡套瞬间滑
过第I接箍排气孔至第I接箍阶梯孔位置时，阶梯孔阻碍挡套继续滑行，助推盘与挡套连接
的剪切销被剪断，同时排气孔关闭，发射药仍持续燃烧释放高压气体，活塞连同助推盘一同
推出经第I接箍和约2米长油管至第II接箍一端距离后被阻碍而停止，高压气体瞬间泄放到
夹层油管内。由于夹层油管内充满压井液，根据液体具有不可压缩的特性，压井液将装置泄
放的气体压力瞬间传递到下一级压力起爆器上。装置产生的输出压力大大高于压力起爆器
安全销剪断压力。因此，压力起爆器起爆发火，完成下一层射孔作业。